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基于STC系列单片机的程控电源设计

一：引言
随着科技的发展，电子产品的体积越做越小，从而使得人们能够方便地携带和使用。这类产品都有一个共同的特点，那就是使用电池供电，因而对电能的消耗比较敏感。目前使用较多的电池大致可分成三种：干电池、镍氢电池和锂离子电池。这三种电池受其化学性质的影响在满电和空电的情况下其输出电压是不同的，例如锂离子电池在充满电时输出电压为4.2V，而在电能耗尽的情况下输出电压就会下降到3.6V。本文设计一个模拟产生电池的各种不同电压状态，以及可以动态监测各种状态下设备对电池能源的需求情况，就成了此类设备的首要任务。
通常使用高压电源模块时,用户需要通过调整电位器来获取所需的电压值,不仅操作不便,且输出精度和稳定性都不高。本文给出了一种利用单片机设计的程序控制电源。该程控电源既能方便输入和选择预设电压值又具有较高精度和稳定性,同时还实现了对电源输出的可编程控制。

二：系统的总体结构
系统的总体结构图如图所示：

人机交互 模块
为系统供电的电源模块
声光报警 模块
液晶显示模块
STC12C5A60S2
核心控制模块
电压电流的 调整模块
电压电流采集、放大、比较模块
稳压
电源
输出
模块

系统的总体结构图
2.2各模块的工作原理和技术参数
2.2.1 STC12C5A60S2核心控制模块
在此模块中我们采用了STC12C5A60S2，它是单时钟/机器周期（1T）的单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8-12倍。内部集成MAX810专用复位电路，2路PWM，8路10位A/D转换（250K/S），针对电机控制，强干扰场合。凭借自身的优点来完成一下几项工作：⑴它接收电压电流采集、放大、比较模块采集的信号，经自身A/D转后并进行数据处理；⑵把上一步处理好的数据送给液晶显示模块来显示当前输出的电压和电流值，当电流超过设定值后就会在液晶上提示报警；⑶接收人机交互模块输入的信号，把此信号进行处理后存储或发送给电压电流调整模块；⑷根据人机交互模块输入的值，经内部PWM转换后送给外部的电路使之转化为模拟信号送给电压电流调整模块。此模块电路图如图2所示：

图2：STC12C5A60S2核心控制模块
2.2.2液晶显示模块
在此模块中我们使用了ST12864液晶，来显示当前输出的电压电流值。它内部使用了STC7920点矩阵LCD控制/驱动IC，可以显示字母、数字符号、中文字型及自定图片显示，它可以提供三种控制界面，分别是8位元微处理器界面，4位元微处理器界面及串列界面；所有的功能，包含显示RAM，字型产生器，以及液晶驱动电路和控制器，都包含在一个单晶片里面，只要一个最小的微处理系统，就可以操作本LCD，同时STC7920的字型ROM包括8192个16*16点的中文字型以及128个16*8点半宽的字母符号字型，另外外部显示页面提供一个64*256点区域（GDRAM）及256点的ICON RAM，可以和文字页面混合显示而且STC7920内含CGRAM提供4组软件可程式规则的16*16造字功能。同时它具有低功率电源消耗（2.7vto5.5v）可以提供电池操作适合便携产品省电要求。鉴于以上优点我们选择它来作为显示界面，它不仅节省单片机资源而且界面友好一目了然。电路图如图3所示：

图3：液晶显示电路
2.2.3人机交互模块
在此模块中我们设置了四个按键来完成人机交互功能，电路如图4所示，按键F1、F2为功能扩展键（备用），加号键为每次调节使输出电压逐渐升高的功能键，步进值为0.5V，减号键为每次调节使输出电压逐渐降低的功能键。简单方便，容易操作。

图4：人机交互模块

2.2.4稳压电源输出模块
此模块原理我们可以从电路图图5可知，从变压器次级输出的交流电经过整流二极管的整流、电容的滤波后送给调整管TIP122，经过调整后，送给后一级的采样电路，然后输出。在电路中有一个控制点A,两个采样点B、C。A点受调整模块的控制，B、C分别是电压电流的采样点。
B
C
A

图5：稳压电源输出模块
2.2.5电压、电流采集、放大、比较模块
此模块我们可以通过电路图图6可知其工作原理，从C点采到的电压值分别送往U301的3脚和U302的3脚，电压反馈到U301的3脚可以稳定输出电压，反馈到U302的3脚两次通过运放后，将采样取到负值电压变成正电压送往主控器进行AD转换，数据通过单片机处理后，送往12864液晶显示当前电压值。从B点采样到的电压值送往U301的5脚，通过运放后送往单片机进行AD转换，从而可以计算出电流值送往液晶显示。

图6：电压、电流采集、放大、比较模块
2.2.6电压、电流的调节模块
A

图7：电压、电流的调节模块
我们从电路图图7可知其原理，将单片机送来的PWM信号经过两级积分电路（如图X所示）变换成模拟信号送往U301的2脚，经过两级运放后模拟信号转换成反相的信号，从而去控制A点，从而改变TIP122的输出电压。

图X：两级积分电路
2.2.7声光报警模块
此模块电路图如图8所示，其原理是当输出电路过载时采样端送往U301的3脚，从而改变1脚的输出电压，当达到设定值时（电路的保护值可以通过RP201来设定）启动声光报警电路。